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授课课题 教学目标 课题7 汽车金属材料的工程选用（1） ――选材原则、轴零件选材 ? 了解机械零件的常见失效形式； 主要从知识目标、能力目标和情感目标三方面进行设计。 ? 掌握材料工程选用的基本原则； ? 了解轴零件的工作条件及一般失效形式； ? 掌握典型轴零件的材料选用； ? 掌握典型轴零件制造的一般工艺路线。 教学教学重点 重点：机械零件材料选用的基本原则 要与难点 难点：轴零件的材料选用及制造工艺路线 点 课型 课时 1、理论课；2、新授课。 2课时 教法与学法 多媒体教学、讲授、引导提问、实物展示 （教具） 课后要求 布置课后作业练习 教学后记 （教师课后填写） 授课教师 备课时间
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主要教学步骤和教学内容
★课程导入：（10min）
1、机械零件的选材主要考虑哪些方面的因素？
2、普通机床上的轴与汽车发动机曲轴的选材及工艺路线有何异同？ （观看录像视频，提出问题，学生思考并回答）
★新课讲授：（70min）
一、机械零件的选材原则
机械零部件材料及热处理工艺的设计是一个重要的环节，要综合考虑选用材料的使用性能、工艺性能和经济性能这三个方面。
1、零件失效的概念
机械零件的失效是指零件由于某种原因丧失了正常的工作能力。 具体表现为：
①零件完全破坏，不能继续工作；
②零件严重损伤，继续工作不安全；③不能满意地达到预期的作用。 2、失效形式
（1）弹性变形失效 原因：材料的刚度不足 （2）塑性变形失效 原因：材料的屈服强度不足 （3）韧性断裂失效、脆性断裂失效 原因：材料的韧性不足 （4）表面损伤失效 原因：材料的表面硬度、强度或耐蚀性不足 3、选材的基本原则
选材的基本原则是所选材料的使用性能应能满足零部件使用要求，经久耐用，易于加工，成本低， 即从材料的使用性能、工艺性能和经济性三个方面进行考虑
（1）使用性原则
? 分析零部件的工作条件，确定使用性能 ? 分析零部件的失效原因，确定主要使用性能
? 将对零部件的使用性能要求转化为对材料性能指标的要求 ? 材料的预选
（2）工艺性能原则
金属材料的工艺性能是指金属适应某种加工工艺的能力。
主要是切削加工性能、材料的成型性能（铸造、锻造、焊接）和热处理性能（淬透性、变形、氧化和脱碳倾向等） （3）经济性原则
以铁代钢，以铸代锻、以焊代锻
二、轴类零件的材料选用
1、轴的工作条件：
（1）传递扭矩，承受交变扭转载荷作用；
（2）轴颈承受较大的磨擦；（3）承受一定的过载或冲击载荷。 2、轴的主要失效形式：
（1）疲劳断裂 （2）断裂失效 （3）磨损失效 3、对轴用材料的性能要求：
（1）高的疲劳强度，以防止疲劳断裂。
（2）良好的综合力学性能，以防止冲击或过载断裂。 （3）良好的耐磨性，以防止轴颈磨损。 4、轴类零件的基本选材原则
对轴类零部件进行选材时，应根据工作条件和技术要求来决定：
（1）承受中等载荷，转速又不高的轴，大多选用中碳钢（例如45钢），进行调质或正火处理。
（2）对于要求高一些的轴，可选用合金调质钢（例如40Cr）并进行调质处理。 （3）对要求耐磨的轴颈和锥孔部位，在调质处理后需进行表面淬火
（4）当轴承受重载荷、高转速、大冲击时，应选用合金渗碳钢（例如20CrMnTi）进行渗碳淬火处理。
5、典型轴的选材 （1）机床主轴
其工艺路线为：备料→锻造→正火→粗机械加工→调质→精机械加工→表面淬火+低温回火→磨削→装配。正火可改善组织、消除锻造缺陷，调整硬度便于机械加工，并为调质做好组织准备。调质可获得回火索氏体，具有较高的综合力学性能，提高疲劳强度和抗冲击能力。表面淬火+低温回火可获得高硬度和高耐磨性。
常用的材料有：45钢、40Cr、65Mn、38CrMoAl、
20Cr（表面渗碳+淬火）、20CrMnTi （表面渗碳+淬火） （2）汽轮机主轴 低温（ 450℃以下）：
较小功率（<12000kW），尺寸较小，可选用45钢；
较大功率（>12000kW），尺寸较大，则须选用35CrMo钢，以提高淬透性。 高温（ 500℃以上）：
高中压主轴选用25CrMoVA或27Cr2MoVA钢 低压主轴选用15CrMo或17CrMoV钢。 高温高强主轴：
20Cr3MoWV（<540℃）或铁基耐热合金Cr14Ni26MoTi（<650℃）、
Cr14Ni35MoWTiAl（<680℃）制造。
（3）汽车半轴
汽车半轴也叫驱动桥，是差速器与驱动轮之间传递扭矩的实心轴，半轴在工作时承
受冲击、反复弯曲疲劳和扭转应力的作用，要求材料有足够的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性。
根据汽车半轴技术条件规定，半轴材料可选用40Cr、42CrMo、40CrMnMo钢。中型载重汽车一般选用40Cr钢，而重型载重汽车则选用性能更高的40CrMnMo钢。 半轴的工艺路线：下料→锻造→正火→机械加工→调质→盘部钻孔→磨花键。 （4）内燃机曲轴
a）农用柴油机曲轴 b）汽车发动机曲轴
通常低速内燃机曲轴选用正火态的45钢或球黑铸铁；中速的内燃机曲轴选用调质态的45钢、调质态的中碳合金钢（例如40Cr）或球墨铸铁。
工艺路线为：备料→锻造→正火→粗机械加工→调质→精机械加工→轴颈表面淬火+低温回火→磨削→装配。各热处理工序的作用与机床主轴的相同。
★课程小结：（10min）
1、零件的失效的概念及主要形式、零件选材的基本原则； 2、典型轴类零件的材料选用及工艺路线 作业：
《汽车工程材料》教案(29,30)-汽车金属材料的选用
